Berkala Fisika Vol 10 , No.4, Oktober 2007 hal. 183-186
ISSN : 1410 - 9662
PENENTUAN KOEFISIEN LINIER ELEKTRO OPTIS PADA AQUADES DAN AIR SULING MENGGUNAKAN GELOMBANG RF Lilik Eko Jatwiyono, Heri Sugito, K. Sofjan Firdausi Corresponding Author:
[email protected] Laboratorium Optoelektronik & Laser, Jurusan Fisika, FMIPA, UNDIP ABSTRACT The coefficients of electrooptics for water and refinery water in RF field have been determined. The RF frequency range used in the research is 6,04 MHz to 11 MHz. Two different light beam (532 nm and 632,8 nm) have been used to measure the change of light polarization after transmitted the samples. The result indicates that the linear and quadratic electro optic coefficients appear in the range of frequency-field. The refinery water has greater value of linear electro optic coefficient than aquades. It is also obtained that the greatest change of polarization angle take place when using the green laser in the field’s position of upright against the RF frequency field and polarization angle of 900. Keywords: RF field, polarization angle, linear electro optic coefficient.
PENDAHULUAN Penelitian yang dilakukan merupakan studi lanjut dari penelitian yang dilakukan oleh Ahmad Kamil [1]. Dalam penelitian sebelumnya medan frekuensi RF yang dihasilkan oleh coil relatif kecil. Hal ini disebabkan kondisi kumparan yang dipakai terlalu renggang sehingga medan yang dihasilkan tidak maksimal. Dengan memampatkan kumparan yang ada diharapkan akan diperoleh medan RF yang relatif lebih besar, sehingga akan diperoleh data yang lebih akurat, terutama pengaruh medan frekuensi RF dalam zat optis. Dalam penelitian ini hendak diukur koefisien linier elektro optis dari aquades dan air suling dengan menekankan pada perbedaan arah medan dan besar medan frekuensi yang dikenakan pada bahan transparan. Parameter yang digunakan dalam penelitian ini adalah perubahan arah polarisasi dari berkas sinar yang ditransmisikan pada analisator sebagai fungsi frekuensi medan RF oleh persamaan [1]:
L Bn0 3 r RF d 2c
(1)
Pada medium kristal, yang lebih mengutamakan penggunaan bahan optis akustik, memperlihatkan suatu bentuk nonlinier dari indeks bias n dalam persamaan berikut [2]: 1 1 2 r R 2 (2) 2 n n0 dengan r dan R adalah koefisien linier elektro optis dan koefisien kuadratik elektro optis. Dalam kasus penelitian ini, kenaikan diikuti oleh kenaikan B sehingga dituliskan paramater frekuensi medan yang didefiniskan sebagai (3) B Persamaan (3) kemudian disubstitusikan ke (1), serta menuliskan ulang sebagai fungsi , yakni 0 2 (4) dengan 0 merupakan perubahan sudut polarisasi sebelum diberi medan frekuensi RF, merupakan koefisien linier dan merupakan koefisien kuadratik . Pemberian dan B kepada bahan transparan akan mengakibatkan perpindahan dan deformasi dalam distribusi elektron dalam ion, dan posisi tempat ion dapat berubah sedikit. Dalam
Lilik Eko Jatwiyono dkk
Penentuan Koefisien Linier Elektro…
bahan yang tidak mempunyai pusat simetri, tempat kation dikelilingi oleh anion yang pada umumnya bergeser dari titik pusatnya. Hal inilah yang menyebabkan terjadinya efek aktivitas optis [3].
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Kalibrasi Dengan Larutan Gula Data yang diperoleh menunjukkan adanya kenaikan nilai perubahan sudut polarisasi secara linier pada kenaikan konsentrasi gula. Peristiwa tersebut muncul sebagai akibat adanya sifat optis yang terdapat pada larutan gula itu sendiri serta bentuk molekul gula yang spiral (heliks) dengan arah putar tertentu. Hasil plot grafik hubungan antara perubahan sudut polarisasi cahaya dan perubahan konsentrasi adalah sesuai gambar 2.
METODE PENELITIAN Kalibrasi dan Pengambilan Data Dalam tahap kalibrasi, dilakukan untuk menguji linieritas gula dan sekaligus untuk menguji kelayakan detektor. Selain itu, dilakukan observasi mengenai pengaruh frekuensi terhadap arah polarisasi cahaya baik untuk pengamatan tanpa menggunakan sampel dan wadah serta setiap wadah yang akan digunakan dalam penelitian sebagai faktor koreksi untuk perubahan sudut putar polarisasi sinar laser (). Frekuensi yang digunakan dalam penelitian berada dalam interval 6,04 MHz sampai 11 MHz. Kemudian setiap larutan gula dengan masing-masing konsentrasi diamati perubahan arah polarisasi cahaya setelah dilewatkan pada polarisator dengan sudut 0o(E//) dan 90o (E ). Untuk observasi pada aquades, dan air suling dilakukan tanpa menggunakan medan ( B = 0). Arah polarisasi cahaya yang digunakan pada tahap kalibrasi ini adalah 0o(E//) dan 90o (E ). Susunan Peralatan Susunan peralatan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 1 berikut. Posisi kumparan diambil yang tegak lurus berkas laser. Posisi kumparan yang sejajar tidak ditunjukkan, dan mengacu pada referensi [1].
Gambar 1. Set-up Alat Penelitian posisi coil tegak lurus dengan laser, 1. Laser, 2. Polarisator, 3. Kumparan (coil), 4. Sampel, 5. Analisator, 6. Fotodioda ,7. Generator RF
Grafik Perubahan sudut polarisasi sinar laser 632,8 10 8 6 4 2 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Konsentr asi ( %) Pol 0 Pol 90
Gambar 2. Grafik perubahan sudut polarisasi cahaya terhadap konsentrasi larutan gula
Hal ini menyebabkan setiap molekul gula dalam larutannya memiliki arah putar yang sama. Arah putar suatu spiral tetap sama baik dilihat dari satu ujung, ataupun dlihat dari ujung lainnya. Akibatnya suatu larutan yang terdiri dari molekul-molekul gula yang terletak secara acak mempunyai arah putaran yang sama dengan arah putaran pada sebuah molekul gula. Nilai r Aquades Dengan pada =532 nm dan Sudut Polarisasi 900 Dalam grafik pada gambar 3, ditunjukkan adanya perubahan sudut polarisasi cahaya terhadap medan frekuensi RF pada aquades dengan arah berkas medan frekuensi RF sejajar dan tegak lurus dengan arah berkas sinar laser dan dengan sudut polarisasi 900.
Berkala Fisika Vol 10 , No.4, Oktober 2007 hal. 183-186
ISSN : 1410 - 9662 Nilai r Air Suling pada =532 nm dan Sudut Polarisasi 900 Perubahan sudut putar pada air suling ketika diganggu dengan medan frekuensi RF ternyata lebih besar dari pada aquades, seperti terlihat pada gambar 3. Hal ini dimungkinkan bahwa induksi yang terjadi pada air suling, tidak melulu karena perubahan oarientasi dipol molekul air, melainkan juga mineral-mineral lain yang masih tersisa dalam air suling.
Perubahan Sudut (Derajat)
4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160 Rf sejajr
Perubahan Medan (radMHzT)
RF Tegak Lurus
Gambar 3. Grafik perubahan sudut polarisasi laser Hijau pada aquades dengan sudut polarisasi 900
Pola yang sama juga ditunjukkan untuk sudut polarisasi 00 namun tidak terlalu kuat, sehingga grafik vs yang ditampilkan hanya pada sudut 900. Terlihat bahwa pola yang terjadi mendekati persamaan kuadratis =(). Demikian pula untuk sampel air suling, ditunjukkan kurva kuadratis, dengan pada mode medan frekuensi RF tegak lurus laser, selalu di atas mode sejajar. Menggunakan persamaan (1), diperoleh nilai koefisien linier elektrooptis sebesar r = (0,453 0,007) 10-12 m/V.
Grafik Perubahan Sudut Polarisasi Sinar Laser Hijau pada Air Suling Sudut Polarisasi 90 9
Perubahan Sudut (Derajat)
Grafik Perubahan Sudut Polarisasi Sinar Laser Hijau pada Aquades Sudut Polarisasi 90
8 7 6 5 4 3 2 1 0 0
20
40
60
80
100
120
Perubahan M edan (radM HzT)
140
160 RF Sejajar RF Tegak Lurus
Gambar 3. Grafik perubahan sudut polarisasi pada air suling, =532 nm, sudut polarisasi 900
Hal ini dipertegas dengan nilai koefisien linier elektrooptis pada air suling sebesar (0,698 0,007)10-12 m/V. Tabel 1 menampilkan semua nilai r untuk aquades dan air suling pada semua mode dan dua nilai panjang gelombang.
Tabel 1 Perbandingan koefisien elektro optis pada aquades dan air suling
No
Laser
1
Hijau
Arah Medan Sejajar
2
Merah
Sejajar
3
Hijau
Tegak lurus
4
Merah
Tegak Lurus
0 90 0 90 0 90 0
Koefisien elektro optis r (10-12 m/V) Aquades Air suling 0,274 0,008 0,273 0,006 0,698 0,007 0,453 0,007 0,244 0,005 0,254 0,005 0,428 0,004 0,618 0,005 0,243 0,005 0,291 0,005 0,667 0,018 0,499 0,005 0,302 0,003 0,279 0,006
90
0,495 0,010
Sudut polarisasi (0)
0,969 0,015
Berkala Fisika Vol 10 , No.4, Oktober 2007 hal. 183-186 Dari hasil yang diperlihatkan pada masingmasing grafik, baik pada aquades maupun air suling, memiliki perbedaan nilai koefisien elektro optis meskipun komponen penyusun dari molekulmolekulnya sama, yaitu atom Hidrogen dan atom Oksigen. Perbedaan antara keduanya sangat jelas terlihat pada saat penyetelan polarisator pada sudut 900 dengan arah medan frekuensi RF tegak lurus. Faktor lain yang mempengaruhi adalah dominannya mineral-mineral dalam air suling, di mana pada aquades relatif lebih sedikit. Sumbangsih mineral asing tersebut memberikan tambahan dipol sehingga meningkatkan nilai r. Hasil penelitian ini lebih baik dari pada yang telah dilakukan oleh Ahmad Kamil [1], karena kumparan yang dibuat lebih rapat, sehingga kebocoran medan dapat direduksi, dan nilai medan frekuensi di dalam kumparan dijamin lebih homogen. Hasil pengukuran masih dalam toleransi kesalahan eksperimen, setidaknya diperoleh nilai r yang seorde dengan hasil di referensi [2].
ISSN : 1410 - 9662 KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang telah dilakukan diperoleh bahwa koefisien linier elektro optis pada air suling lebih besar bila dibandingkan dengan aquades. Untuk tindak lanjut, dimungkinkan penggunaan metode ini untuk dapat digunakan sebagai pengujian sampel transparan. DAFTAR PUSTAKA [1] Ahmad Kamil, M. Azam, K. Sofjan Firdausi, Berkala Fisika, ISSN:14109662, vol. 10, no. 1, hal. 93-97, April, 2007. [2] Pedrotti, S. J., Frank L., dan Pedrotti, Leno, S., Introduction to Optic, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1993. [3] Vlack, V., 1986. Ilmu dan Teknologi Bahan (Ilmu Logam dan Bukan Logam) (terjemahan). Edisi keempat. Erlangga. Jakarta.
